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Focus technique : échangeur "double-tube"

08/06/2010
Parmi les opérations unitaires proposées par ProSimPlus (logiciel de simulation de procédés industriels continus en régime permanent), le module Echangeur De Chaleur Double-Tube permet de déterminer la quantité de chaleur échangée et les pertes de charge (côté tube et côté espace annulaire) d’un échangeur de chaleur de type "double-tube" connaissant sa géométrie et les caractéristiques des courants d’entrée.


Focus technique : échangeur "double-tube"




La configuration de l’échangeur s’effectue en définissant ses paramètres globaux et en précisant les caractéristiques géométriques de ses deux éléments constitutifs (le tube et l’espace annulaire). Une attention particulière a été apportée aux fenêtres de saisie des données. L’objectif était d’assurer la flexibilité de paramétrage qui est nécessaire pour représenter l’échangeur rapidement tout en préservant une utilisation intuitive et aisée.

Les calculs thermodynamiques peuvent être effectués pour des corps purs ou des mélanges, avec possibilité de condensation ou d’évaporation côtés tube et dans l'espace annulaire. Ils se basent pour chacun des courants sur le modèle thermodynamique qui leur est associé. Par exemple, un courant eau/HCl côté tube peut utiliser un modèle « Sour Water » tandis qu’un courant eau pure côté espace annulaire peut se baser sur un modèle « Eau Pure ».



L’utilisateur doit choisir les corrélations qui seront utilisées pour calculer les pertes de charge côté tube et côté espace annulaire. Un grand nombre de corrélations sont disponibles, adaptées en fonction du type d’écoulement (monophasique ou diphasique), du type de régime (laminaire ou turbulent), de la nature de la paroi (lisse ou rugueuse).
De la même façon, les calculs des coefficients de transfert de chaleur côté tube et côté espace annulaire utilisent différentes corrélations en fonction des caractéristiques de l’écoulement, et des choix effectués par l’utilisateur.

Résultats
A convergence, les résultats disponibles sont :
     La surface d’échange,
     La quantité de chaleur échangée entre les deux fluides
     Les coefficients d’échanges propres et encrassés
     Les pertes de charge pour les fluides côtés tube et espace annulaire
     Les caractéristiques classiques des deux fluides : état, température, pression, débit, enthalpie, densité, viscosité…
     D’autres caractéristiques concernant les fluides : températures de bulle et de rosée, débits des incondensables, vitesse, etc


Corrélations disponibles pour le calcul des pertes de charge

Ecoulement monophasique
Tube
Espace annulaire
- Régime laminaire :
o Poiseuille

- Régime turbulent, paroi lisse :
o Blasius
o Herman
o Filonenko
o Karman-Nikuradze

- Régime turbulent, paroi rugueuse :
o Von Karman-Prandtl
o Colebrook-White
o Colebrook-White simplifié
- Régime laminaire :
o Poiseuille modifiée Idel’Cik

- Régime turbulent, paroi lisse :
o Blasius modifiée Idel’Cik
o Herman modifiée Idel’Cik
o Filonenko modifiée Idel’Cik
o Karman-Nikuradze modifiée Idel’Cik

- Régime turbulent, paroi rugueuse :
o Von Karman-Prandtl modifiée Idel’Cik
o Colebrook-White modifiée Idel’Cik
o Colebrook-White simplifié modifiée Idel’Cik

Ecoulement diphasique
Tube
Espace annulaire
- Configuration de l’écoulement :
o Taitel (Horizontal)
o Taitel (Vertical)
o Kattan, Thome et Favrat
o Thome, El Hajal et Cavallini

- Taux de vide moyen :
o Premoli
o Chisholm
o Modèle homogène
o Zuber et Findlay
o Zuber et Findlay (eau – vapeur)
o Rouhani et Axelsson
o Taitel et Duckler

- Calcul des pertes de charge :
o Lockhart et Martinelli
o Baroczy
o Friedel
o Chisholm
- Configuration de l’écoulement :
o Taitel (Horizontal)
o Taitel (Vertical)
o Kattan, Thome et Favrat
o Thome, El Hajal et Cavallini

- Taux de vide moyen :
o Premoli
o Chisholm
o Modèle homogène
o Zuber et Findlay
o Zuber et Findlay (eau – vapeur)
o Rouhani et Axelsson
o Taitel et Duckler

- Calcul des pertes de charge :
o Lockhart et Martinelli
o Baroczy
o Friedel
o Chisholm


Corrélations disponibles pour le calcul du coefficient d'échange thermique

Ecoulement monophasique
Tube
Espace annulaire
- Régime laminaire, tube très court :
o Polhausen

- Régime laminaire, tube court :
o Schlünder
o Hausen
o Sieder et Tate

- Régime turbulent :
o Dittus-Boelter
o McAdams
o Colburn
o Petukhov-Gnielinski
- Régime laminaire :
o Stephan

- Régime turbulent :
o Dittus-Boelter modifiée Stephan
o McAdams modifiée Stephan
o Colburn modifiée Stephan
o Petukhov-Gnielinski modifiée Stephan

Ecoulement diphasique (Tube ou Espace annulaire)
- Cas de l’ébullition (côté tube ou côté espace annulaire) :
o Shah
o Liu et Winterton
o Steiner et Taborek
o Gungor et Winterton
o Kattan, Thome et Favrat

- Cas de la condensation (côté tube ou côté espace annulaire) :
o Fluide pur :
> Shah
> El Hajal, Thome et Cavallini
o Mélange :
> Silver, Bell et Ghaly